211service.com
Biologia syntetyczna może przyspieszyć produkcję szczepionki przeciw grypie
Biologia syntetyczna tchnie nowe życie w staromodny świat produkcji szczepionek, budząc nadzieję, że producenci będą mogli wypuszczać szczepionki znacznie szybciej w przypadku wybuchu epidemii.
O godz spotkanie na temat biologii syntetycznej Firma farmaceutyczna Novartis, która odbyła się w MIT, poinformowała, że zsyntetyzowała hybrydowe genomy grypy w procesie, który może skrócić o tygodnie czas potrzebny na wyprodukowanie szczepionek. Kiedy pojawia się nowy szczep grypy, agencje rządowe zwykle wysyłają próbki do producentów szczepionek, którzy hodują dużą liczbę patogenu w jajach kurzych jako materiał wyjściowy do szczepionek, mówi Filip Dormitzer , lider badań nad szczepionkami wirusowymi dla Novartis. Ten proces może zająć miesiące i może ominąć szczyt epidemii. Ale Novartis, współpracując z biologami syntetycznymi, opracował sposób chemicznej syntezy genomów wirusów i hodowania ich w komórkach kultur tkankowych. To oszczędza czas i może produkować skuteczniejsze szczepionki.
Pomysł polega na zbudowaniu syntetycznego wirusa opartego na danych sekwencyjnych, który może być rozpowszechniany znacznie szybciej niż rzeczywisty materiał wirusowy zebrany w miejscu epidemii. Syntetyczny genom wirusa łączy szkielet genomowy wspólny dla wielu wirusów grypy z genami specyficznymi dla szczepów zaobserwowanych w nowej epidemii. W 2011 roku zespół przetestował swoją metodę w odpowiedzi na pozorną epidemię wirusa ptasiej grypy (blisko spokrewnionego z wirusem H7N9, który obecnie rozprzestrzenia się w Chinach). Od 8 rano w poniedziałek tego roku zespół rozpoczął chemiczną syntezę genomu wirusa w oparciu o dane sekwencyjne, mówi Dormitzer. Do południa następnego piątku zespół potwierdził, że w hodowli komórkowej rośnie żywy wirus.
Do niedawna większość wysiłków w dziedzinie biologii syntetycznej koncentrowała się na inżynierii bakterii w celu wytwarzania pożądanych związków, takich jak leki (zob. Mikroby mogą masowo wytwarzać lek na malarię) lub paliwo (zob. Bakterie wytwarzają olej napędowy z biomasy); nie dotyczyły ludzi ani innych ssaków. Ale to się zmienia. Biologia syntetyczna ssaków, która polega na modyfikowaniu obwodów genetycznych ssaków, jest wciąż w powijakach Jima Collinsa , biolog syntetyczny z Boston University. W tej przestrzeni jest tylko garstka grup i bardzo trudno jest zajmować się inżynierią, mówi.
W innych pracach opisanych na spotkaniu w Cambridge, Pam Silver , biolog syntetyczny z Harvard Medical School, zaprezentował metody obliczeń komórkowych, w których bramki logiczne mogą być zbudowane z opracowanych białek. Jednym z zastosowań tych narzędzi jest obwód genetyczny, który umożliwia komórkom zapamiętanie, czy zostały wystawione na promieniowanie, nawet po jego zniknięciu. Do tej pory ona i jej zespół zbudowali taki obwód w komórkach drożdży, ale twierdzi, że technologia może zostać przeniesiona na komórki ludzkie. To może być użyteczna sytuacja w terapii i długoterminowej podróży kosmicznej, a także po prostu do raportowania doświadczeń komórek w ciele, mówi Silver.
Niektóre próby zastosowania biologii syntetycznej do zdrowia koncentrują się na programowaniu komórek macierzystych tak, aby zachowywały się jak naturalnie występujące komórki, które zostały utracone z powodu choroby. Douglas Melton , biolog molekularny i komórkowy z Uniwersytetu Harvarda, programuje komórki macierzyste w celu zastąpienia komórek wykrywających glukozę i produkujących insulinę utraconych w cukrzycy typu 1. Ten stan zwykle wynika z reakcji autoimmunologicznej przeciwko komórkom beta trzustki, która pozostawia organizm bez insuliny.
Melton i jego laboratorium pracują nad technologią, w której komórki beta i inne komórki zaangażowane w regulację poziomu cukru we krwi można by zastąpić zamkniętymi zbiorami dojrzałych komórek pochodzących z komórek macierzystych. Wyzwaniem będzie wytworzenie ostatecznych, zróżnicowanych typów komórek za pomocą hormonów lub innych sygnałów chemicznych kierujących procesem rozwoju. „Chcemy zrozumieć, jak poinstruować komórkę, które geny powinna włączać i wyłączać”, mówi Melton.
Ale replikowanie naturalnych procesów rozwoju komórkowego nie jest łatwe. Melton twierdzi, że jego grupa jest w stanie wytworzyć komórki beta wytwarzające insulinę, ale proces ten jest niedoskonały. Około połowa komórek robi to, co chcesz, mówi. Nie wiemy, jak powiedzieć komórkom, aby były tylko komórkami beta. Hodowane komórki beta nie mają precyzyjnie dostrojonej odpowiedzi na glukozę, jak komórki organizmu: komórki beta muszą wyczuwać poziom glukozy, a następnie wystrzeliwać odpowiednią ilość insuliny, mówi. Nasze komórki zareagują na glukozę, ale nie za pomocą dokładnych mechanizmów wykrywania. Zwykle rzucają insulinę na pierwszy znak glukozy.
Inni badacze mają nadzieję zaprojektować całkowicie nowe obwody w komórkach, aby pomóc pacjentom z cukrzycą. Martin Fussenegger , bioinżynier ze Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Technologii, opisał system molekularny, w którym komórki są modyfikowane genami, które mogą wykrywać niski poziom pH we krwi, będący oznaką stanu cukrzycowego. W odpowiedzi, jak mówi, zmodyfikowane komórki wytworzą insulinę, aby lepiej regulować poziom cukru we krwi i uspokajać stan cukrzycowy.
Ten rodzaj inżynierii zazwyczaj polega na modyfikowaniu genów przez wirusy, tak aby komórki wykonywały użyteczne zadania. Ale ta metoda jest ryzykowna: wprowadzone DNA może zintegrować się z genomem w niefortunnym miejscu, co może prowadzić do raka. Harvey Lodish , biolog komórkowy z MIT, pracuje nad technologią, która pozwoli uniknąć tego problemu: krwinkami czerwonymi wytwarzanymi w laboratorium. Po zmodyfikowaniu tych komórek wyrzucą wirusa w trakcie swojego naturalnego procesu rozwoju.
Piękno czerwonych krwinek polega na tym, że są one właściwie jedyną komórką w ciele bez jądra, mówi Lodish. Zanim dostaną się do krążenia, utraciły swoje DNA i są stabilne przez 120 dni bez ryzyka nowotworów.
W metodzie Lodisha retrowirus przenosi nowy gen do genomu komórek progenitorowych, które ostatecznie produkują czerwone krwinki. Komórka wykorzystuje ten nowy gen do produkcji zmodyfikowanej wersji białek, które znajdują się na powierzchni dojrzałej krwinki czerwonej, nawet po utracie DNA komórki. Zmodyfikowane białko powierzchniowe zostało zaprojektowane tak, aby można było do niego łatwo przyłączać inne związki — przeciwciała, które mogą usuwać toksyczne substancje z krwi, lub małocząsteczkowe leki atakujące nowotwory lub inne chore komórki. Lodish uważa, że ta technologia jest bezpieczniejszym podejściem do wykorzystywania biologii syntetycznej w ludzkim ciele.